基于VR技术的岭南端砚文化视觉系统设计与实现.pdf

丨时尚设计与工程基于VR技术的岭南端砚文化视觉系统设计与实现Design and realization of visual system of Lingnan Duan inkstone culturebased on VR technology杜欣芸 广东工商职业技术大学【摘要】非物质文化遗产的传承与保护能够高度提升民族文化的价值，对于增强民族文化认同具有重要意义。肇庆端砚文化作为国家级非物质文化遗产，有着辉煌的历史和丰富的精神内涵。通过数字化技术把端砚的锻造技艺完整且真实地展示出来，体现了中国精湛的传统技艺文化以及中国高度的审美境界。因此，借助VR技术构建了端砚虚拟视觉系统，在深度挖掘端砚视觉文化的基础上，进行视觉系统的设计开发与构建。结合专业建模、编程软件等进行端砚视觉展示系统的虚拟现实设计，根据三维实体模型构建和环境渲染，实现端砚视觉展示系统的优化设计。通过完成端砚视觉展示系统的设计，使端砚文化得到有效宣传与保护，能够更好地展示端砚技艺文化的精髓，提升民族的自豪感。【关键词】端砚文化；VR技术；虚拟视觉系统设计；岭南文化遗产Abstract The inheritance and protection of intangible cultural heritage has the value of highly enhancing national culture,and is of great signifi-cance for enhancing national cultural identity.As a national intangible cultural heritage,Zhaoqing Duan inkstone culture has a glorious history andrich spiritual connotations.Through digital technology,the forging skills of Duan inkstone were completely and truly displayed,which promotedChinas exquisite traditional skill culture and Chinas high aesthetic realm.Therefore,the Duan inkstone virtual vision system was built with the helpof VR technology.On the basis of in-depth exploration of the Duan inkstone visual culture,the design,development and construction of the visualsystem were carried out,and the virtual reality of the Duan inkstone visual display system was combined with professional modeling and program-ming software.Design,according to the construction of the 3D solid model and the environment rendering,realized the optimized design of theDuan inkstone visual display system.The design of the Duan inkstone visual display system has completed the effective publicity and protection ofthe Duan inkstone culture,which can better display the essence of the Duan inkstone skill culture and enhance the pride of the nation.Key words Duan inkstone culture;VR technology;virtual visual system design;Lingnan cultural heritage0前言非物质文化遗产的传承与保护能够高度提升民族文化的价值，对于增强民族文化认同具有重要意义。近十年来，数字多媒体技术高速发展，带给非遗传承与保护全新的技术升级。随着科技快速更新迭代，虚拟现实技术应用领域逐渐扩大，并逐步更新了虚拟视觉交互技术。当下沉浸式体验已然成为大众关注的热点，VR技术通过深度沉浸感、新鲜体验感及超高互动性等特点成为社会的热门焦点。沉浸式的VR技术在现实生活中为不同领域提供全新的创意以及更加丰富的展示形式，在数字多媒体技术的加持下，大众不再仅通过单一的方式感知非遗文化，而是可以通过多元化的视听盛宴获得更加丰富的感知体验以及新鲜的互动体验。VR虚拟现实技术与非遗研究的结合在当下较为热门。中国科学院考古学院牛世山教授指出，GIS与VR技术结合并应用在考古和文化遗产领域，为非遗文化保护提供了新型高效的技术解决方案，开辟了当下非遗研究和展示的新形式，极大地提升了非遗研究与保护的信息化水平1。杨玮娣等人运用VR技术设计将北京地区不同地理位置的漕运及仓储有关的遗产进行整合，构建了虚拟博物馆2。潘志庚等人将虚拟现实技术运用于中国传统文化，设计开发了京杭大运河与清明上河图的动画虚拟视觉交互系统3。肇庆端砚文化作为第1批国家级非物质文化遗产，作为中国传统文化的代表之一，有着辉煌的历史和丰富的精神内涵。肇庆端砚文化传播的现状仍较为传统，一些精品和超高技艺的作品多被博物馆和私人收藏，在当下年轻人群中的展示和宣传出现断代。为了能让精湛优美的端砚技艺非遗精髓在大众面前得到更广泛的展示，数字VR视觉系统的设计与构建成为当下最佳的解决方案。沉浸理论下的VR虚拟视觉展示设计在非遗保护和传播领域的应用和研究，打破了传统的视觉展示方式，VR技术提供了更加丰富多元化的呈现方式，能够更好地展示端砚技艺文化的精髓，使大众感悟端砚文化的深厚内涵，提升民族自豪感。32时尚设计与工程丨1端砚视觉审美文化端砚的雕刻技艺是一种传统的中国造型艺术手法，历史悠久、技艺精湛且具有丰富的审美意味，它的发展历史最早可追溯到六千多年前。端砚石雕的技艺发展是与人类文化蓬勃发展同时进步的，在此期间端砚技艺得到了持续的更新，形成了多变风格。端砚艺术不仅具有一定的实用功能，还包含着陶冶大众审美的欣赏性艺术品质。它不仅满足了不同时期大众对审美精神的需求与向往，还承载着生活物资的功能性，端砚以超高艺术价值一直被大众所喜爱。每个时代的进步同时推进了端砚审美艺术的新风格发展，保持原本审美文化特色的同时，又在不断地突破创新，为中国传统审美文化添加更加丰富的色彩4。端砚极具中国传统造物美学，具体展现在端砚的材质、工艺以及造型审美方面，它蕴含了中国传统的审美造物，体现了中国人的智慧精神和审美境界。端砚的石材选择非常讲究，石质坚实并且细腻，研磨出来的墨汁清新润滑，使用书写时非常流畅并且字迹颜色历久弥新5。端砚的创作主题多以山水、植物等为主要元素，自明清以来，以画入砚成了端砚创作的主流，其中山水画是经典的主题内容，根据砚石的自然走势加入山水竹林、阁楼琼宇等装饰元素。在端砚的装饰艺术方面，工艺师会加入一些中国古代寓意美好的事物装饰，如“松竹梅三友砚”“五福临门砚”“宝月荷香砚”等等6。现代的端砚设计传承了传统石雕技艺，同时整合了当下的设计新思路，将砚池、砚堂和背景的装饰部分完美融合，打造出一种高度和谐统一的视觉审美。现代的设计装饰内容会加入建筑、事物及人物等元素，烘托美好时代的主题内容，如以“万里长城”作为纹饰的主题，设计了“国泰民安砚”“江山多娇砚”，现代的端砚设计在升级更新了工艺手法的同时，还容纳了当下时代的审美文化元素。砚雕在考虑实用性的同时还要兼顾视觉审美性，所以工艺师们在设计之初会将砚石的肌理、纹路、随机的自然造型和色彩与山水人物等画面进行融合，定稿之后将石料划分出凹凸起伏区，再通过刻刀勾勒出设计的画面图景，营造和谐的透视关系以及生动的物象深浅。端砚雕刻工艺经过不同时代工匠师们的不断传承与创新，端砚的高超技艺不仅需要谨慎地设计与布局，还要将端砚石材的自然纹理与工艺进行结合统一，从而完成神韵与形态的统一，形成审美心境与中国传统意境的融合7。这需要不断地积累、创新并且继承和发扬传统的审美文化和美学思想，这是当下端砚雕刻工艺传承的使命任务，通过数字化虚拟现实技术的加持，将会为端砚的发展开辟出一个新的世界，成为一种主流的传媒方式。2虚拟现实视觉系统VR（Virtual Reality）是指虚拟现实技术，这项技术是利用现实中的物体数据转化为人眼看不到的虚拟电子信号，从而模拟出视觉、听觉及触觉等丰富的虚拟感知。通过此过程可以真实地感受到计算机模拟出的环境，所以称为虚拟现实。VR这一概念最初是由Jaron Lanier在20世纪中后期提出的8。VR技术初期作为美国军方主要研究的技术内容，应用在飞行员与宇航员高难度与高精度的模拟训练上，包含了人体感知层面、用户界面及软件与硬件等方面9。美国NASA宇航局的实验室更新完善了HDM、VDL数据手套的程序，还建立了航空、卫星维护VR和空间VR多重的虚拟训练系统10。发展后期伴随着计算机数字媒体技术的高速更新，VR进入高速发展期，有关VR技术的理论概念性研究与实践应用型研究方向逐渐明朗。提供给观众高度的沉浸感是VR视觉系统最重要的感知特点，同时虚拟现实技术还具有高度智能交互性、深度沉浸感以及创新构想性，简称为 3C 特性。VR视觉系统不再满足于单一枯燥的视觉感官，而是对展示信息提供了更好、更多元化的解决方案，从而刺激观众获得更加丰富的感知体验，形成满足人类多感官和双向互动的体验方式。VR视觉系统带来深度的沉浸感，首先研究相关理论的是美国实验心理学博士米哈里契克森米哈，他在著作 心流：最优体验心理学 里提出构成人类心流体验（Flow Experience）的要素是通过感官乐趣所带来的，当观众通过静态互动或者动态互动的行为方式带来感官多维度刺激后将会产生丰富的心流体验11。VR视觉系统通过高度沉浸体验，以高度的感官激发和交互体验刺激观众的情感产生同频，从而达到正向的心理感受体验。3端砚虚拟视觉系统设计架构虚拟视觉展示系统的设计构建在对端砚工艺品进行计算机3D展示的多媒体信息采集和相关数据整理的基础上，结合了人工智能的3D视景仿真和计算机辅助设计技术进行端砚工艺品VR视觉展示系统的优化设计12。在计算机辅助设计软件环境中进行端砚工艺品的3D展示模型构建与VR视觉系统的开发，提高端砚产品多维度视角的真实性。通过对不同角度的端砚进行3D数字信息收集，通过大数据信息分析整理，提高端砚文化的传播与展示的数据整合，增加信息输出的质量，设计构建了端砚VR视觉展示系统设计方法13。为了实现对端砚非遗产品的3D虚拟视觉展示系统的优化设计，首先要通过计算机辅助进行系统的整33丨时尚设计与工程体开发框架设计。构建端砚3D视觉展示的模型数据库，结合3D图像整合和场景数据收集方法进行系统的下属模块构建。使用3ds MAX软件创建3D模型，并结合MAYA等3D软件进行协助设计，同时要开展多视角物品3D模型的多维度结构拆解分析。采用多层次细节和自由度联合控制的方法进行多视觉产品3D模型的动作设置和自动化开发设计。通过运用画面交融和多维空间建模的手段创建产品多维度动画模型与多维度运动场景收集。在虚拟视觉系统的端砚产品3D动画场景中进行设计探究，设计的端砚视觉展示系统分为3D图像采集、3D数据重建以及端砚产品3D动画数字互动模块。端砚视觉展示系统的主要功能是通过对端砚非遗产品的3D数字信息的重组和仿真虚拟场景来完成端砚工艺品的3D虚拟视觉系统的展现，此项工作采用多媒体信息组合调试的方法进行端砚虚拟视觉的展示。端砚视觉展示系统主要通过建立嵌入式开发软件技术，结合视景仿真的构建和配置相关软件完成端砚视觉展示系统的虚拟现实视觉系统搭建。通过文件环境采集信息文件中的关联数据（如模型几何体、材质纹理等）引入到端砚视觉展示系统的场景文件终端14，通过环境模型等渲染转到帧缓存，然后在环境画面数据库中继续端砚视觉展示系统的相关程序加载，使用层次结构来设计开发端砚产品建模过程。端砚虚拟视觉展示系统主要包括虚拟环境的展现、软件实用功能的实现以及与用户的交互设计环节实现。本次视觉虚拟展示系统使用HTC VIVE 虚拟设备。设备中的3D环境模拟使用SketchUp、3ds Max及MAYA等相关3D软件实现建模，环境贴图、渲染及交互环节设计开发使用Unreal Engine完成，支持蓝图可视化编程，见图1。图1 端砚VR视觉系统设计框架图4端砚虚拟视觉系统开发与实现端砚虚拟视觉展示系统主要采用视景仿真技术来完成视景模拟的真实性，主要工作包括端砚多视角动画信息采集、数据库模型建构、3D模型建构以及视景仿真模块设计与实现。运用3ds MAX的NURBS曲面建模技术生成端砚视觉展示系统的3D模型的构建，见图2，并通过软件进行端砚模型的材质与纹理的仿真渲染，从而完成端砚虚拟视觉展示，输出结果见图3。使用Vega Prime编辑器，将端砚的3D产品模型用高中低等精度进行表达，并依据视点位置的移动而针对多个视角的端砚产品进行多维动画渲染，从而开发与实现端砚虚拟视觉展示场景的多维分布模型。通过视景仿真实验测试端砚视觉展示系统的性能，使用Observer Centered程序进行端砚产品3D模型渲染和输出总线控制，得到端砚产品的高维动画渲染输出。分析图4与图5得知，本次研究的方法能较好地完成端砚虚拟视觉展示，并且本虚拟视觉系统的输出稳定性较高，能够将端砚细致的工艺手法展示得较为全面且清晰。图2 3D软件中的模型创建图3 软件中端砚仿真模型细节展示图4 端砚数字模型展示34时尚设计与工程丨图5 端砚数字模型展示5结束语在岭南文化遗产保护的视角下，将VR技术应用于端砚的非物质文化遗产保护具有非常重要的意义。通过数字化技术把端砚的锻造技艺完整且真实地展示出来，这不仅保护了工艺传承，而且弘扬了中国精湛的传统技艺文化，展现了中国高度的审美境界。因此，本文借助VR技术构建了端砚虚拟视觉系统，在深度挖掘端砚视觉文化的基础上，进行视觉系统的设计开发与构建，结合3D建模、程序引擎等进行端砚视觉展示系统的VR视觉系统设计，根据3D数字模型构建和环境渲染，实现端砚VR视觉展示系统的优化设计。本次研究的端砚视觉展示系统的显示细节较高，对于中国传统工艺的展示与宣传提供了有效的支持，完成了端砚文化的有效保护以及传播传承。参考文献：1杨玮娣,杨学瑜,姜旭.基于VR技术的北京大运河文化容器构建研究J.家具与室内装饰,2021(10):34-37.2闻婧,张乃中.灵境艺术与历史再现大连东关街建筑遗迹VR复原系统设计研究J.艺术工作,2020(4):85-87.3潘志庚,袁庆曙,陈胜男,等.文化遗产数字化展示与互动技术研究与进展J.浙江大学学报(理学版),2020,47(3):261-273.4陈洪超.粤港澳大湾区建设背景下肇庆端砚非遗保护研究J.重庆文理学院学报(社会科学版),2018,37(3):19-25.5牛翰鼎.端砚文化与艺术传承J.艺术教育,2011(2):154-155.6杨焯忠.浅谈端砚雕刻艺术J.世界标准信息,2004(4):97.7邹洁.端砚创作中传统审美元素的研究D.广州：广州大学,2017.8高红波.中国虚拟现实（VR）产业发展现状、问题与趋势J.现代传播（中国传媒大学学报）,2017,39(2):8-12.9邹湘军,孙健,何汉武,等.虚拟现实技术的演变发展与展望J.系统仿真学报,2004(9):1905-1909.10OPER D S,MITRA S.The nature,antecedents,and impactsof 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J.刊名,年,卷(斯):起止页码.），并标注在文章引用的位置，在右上角用方括号标出参考文献的序号。7请勿一稿多投。作者投稿时请自留底稿，本刊不退稿，90天内若未接到录用信息，作者可自行处理。8稿件请注明与作者联系的方法及详细通讯地址。9本刊不承担由于作者原因造成的著作权纠纷的任何连带责任。本征稿启事长期有效。35